煤矿井下避难硐室设计

煤矿井下避难硐室设计

随着煤炭经济增长方式的转变，煤矿生产形式和结构发生了重大变化，机械化程度显著提高，高效高产开采井生产的集中化程度不断增强。这种新的生产工具形式对安全保障提出了新的要求。我国在每年的矿井事故中都造成大量人员伤亡,绝大多数都是由于事故发生形成的有毒烟气的蔓延造成井下工作人员中毒和窒息死亡。而生产高度集中化,给生产系统简单化的同时,也会遇到不便。井下无论发生火灾、水灾,还是出现爆炸、塌方,可能会造成巷道堵塞,通风系统破坏,且如果通向地面出口的距离较远,会给井下人员安全撤离和抢险救灾行动带来困难。这样就提出了在现代化矿井中建立可以有效的减少人员伤亡的井下紧急避灾系统。在事故在发生初期,往往波及范围和危害较小,此时常常是控制事故和减少损失的最有利时机,但是无论救护队行动多么迅速,到达事故地点都需要一定的时间。因此在这期间矿工进行自救对于防止事故扩大和减少伤亡具有事半功倍的效果,矿工自救措施主要包括3个方面:对矿工进行自救教育、配备自救器和建立避难所。其中建立完善的能够辐射整个开采区域的避难硐室系统是防止事故扩大和减少伤亡的关键。1紧急避险系统根据2010年《国家安全监管总局和国家煤矿安监局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》,煤矿企业要建设完善煤矿井下监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络等安全避险系统。其中紧急避险系统是煤矿井下安全避险“六大系统”的核心部分,是在井下发生紧急情况下,为遇险人员安全避险提供生命保障的设施、设备、措施组成的有机整体。紧急避险系统建设包括为井下人员提供自救器、建设井下紧急避险设施、合理设置避灾路线、科学制定应急预案等。而建设辐射全部采掘活动区域的避难硐室系统是全面提升煤矿安全保障能力关键。井下避难硐室系统是依附于井下生产系统中巷道系统而存在的一个相对独立的系统,包括永久性避难硐室、临时避难硐室和移动式救生舱。这些硐室和救生舱在井下相互独立又紧密结合形成一个完整的避难硐室系统,如图1所示。避难硐室系统能够使煤矿灾害中的幸存者在逃生通道受阻的情况下或是在短时间内有可能再一次发生灾害的情况下,可以进入附近的避难所,安然等待地面救援;在井下按照辐射所有采掘活动区域原则,分区域和尺度来设置避难硐室,可供逃生者躲避灾难、赢得救援时间,可大大缩短逃生路线,增加生存机会。并且井下避难硐室系统、避灾的设施设备、避灾路线及科学的应急预案的紧密结合所构成的井下紧急避险系统可以克服地面救援的单一性,弥补营救时间的不足,将提高煤矿系统抵御灾害的能力,有效地减少矿井灾害带来的损失。2庇护室系统设计原则矿井可根据自身的特点进行选择,以满足矿井灾变条件下矿工避难需要为原则,设计原则具体如下。2.1模式一:东北部采区或矿井中的宏观缺陷根据煤矿灾害事故的特点,以及采掘面人员分布情况,可移动式救生舱布置在采煤工作面以及掘进工作面内,根据工作面人数确定舱救生舱布置的数量,临时避难硐室主要为巷道沿线及机头零散作业人员提供避难空间,主要布置在采区避难路线上,其容纳人数根据其周围人员的分布情况确定,永久性避难硐室多设立井底车场和采区安全出口附近作为整个采区或矿井的避难硐室。根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》,救生舱和避难硐室的部署位置主要考虑如下因素:避难空间及其保护的人员可能面临的事故;矿工工作地点与避难空间的距离;避难空间外部维持设施(压风、供电、供水等系统)与避难空间的连接;矿井发生事故时避难空间邻近区域的状况;自救器最大供氧时间(约为40min)。综合以上因素,确定全矿井救生舱和避难硐室的分布,矿用可移动式救生舱和避难硐室两者相互协调、相互补充,并且与矿井避灾路线相结合构建完整的避难网络。井下有人工作的地点均应有避难所为其服务。避难所距工作地点的距离,以矿工在瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出或矿井火灾等灾害发生后,佩戴随身携带的自救器能够安全到达距离为原则,一般不超过1000m,且掘进距离超过500m的巷道应设置移动式救生舱。布置示意图如图2所示。2.2保证两组每名工件的安全基本服务根据国外的相关经验,遵循“安全第一”的原则,通过设置可移动式救生舱、避难硐室保证井下每名矿工在灾害发生时都有自己的避难空间。确立井下工作人员与避难位置的一一对应关系,并留有富余位置。2.3人员逃逸距离为保持人员在最短的时间内进入避难空间,考虑人员分布状况不同,依据以下原则进行救援:(1)所有井下人员的逃生距离应<1000m。(2)工作面作业人员主要向移动救生舱内逃生。(3)巷道沿线及机头零散作业人员主要向临时避难硐室内逃生。(4)距离地面钻孔避难硐室最近的人员向永久避难硐室内逃生。(5)距离井筒最近的作业人员尽快升井向地面逃生。2.4知识的进入者为使避灾人员快速进入避难空间,要在避灾路线对避难所位置作明显的标注,指引避难人员尽快进入避难所。原则有:(1)在黑暗、深长的巷道内,以每隔一定距离,张贴印有夜光效果的巷道平面示意图和逃生通道示意图。(2)在避难所附近安设牢固的发声定位器,或可视定位器,或物体定位器,或者3者兼有,引导避难人员快速进入避难所。2.5“一人一法”安全体系的设计思路考虑到灾害发生会造成人员心理紧张等问题,产生盲目避灾和混乱流动。因此设计避难硐室系统是还需要考虑到相关人员的心理作用:①返回本能;②躲避本能;③向光本能;④左转本能;⑤追随本能。无论多么缜密的安全防护体系,最终都是需要落实到人来执行,所以将如何高效地进行相关人员自救教育也是这个安全体系设计的重要一环。井下工作人员均应熟悉各种事故征兆的识别方法、判断事故的地点及性质、掌握急救人员的技能和方法、熟悉井下巷道和安全出口、学会使用自救器,特别是当无法走出矿井时如何避难待救。3救赎式救助由永久性避难硐室、临时性避难硐室和移动式救生舱组成为避难硐室系统对于灾害事故的幸存者来说,就是一个通向求生道路的避难所和中转站。增加等待救助人员获救的可能性,使危重伤员在此进行简单的急救包扎,也可获得备用自救设备,进而减少伤亡和损失。因此设计本身的安全性、合理性显得尤为重要。3.1永久性庇护所(1)采动影响下的巷道布置永久性避难硐室多构筑于井底车场和采区安全出口附近,与工作面的距离根据矿井生产的具体条件而定。永久性避难硐室一般作为整个矿井或采区的应急避难场所,服务年限在10a以上。一般应布置在稳定的岩层中,避开地质构造带、高温带、应力异常区以及透水威胁区,确保在服务期间不受采动影响;前后20m范围内巷道应采用不燃性材料支护,且顶板完整、支护完好;布置在煤层中时应有控制瓦斯涌出和防止瓦斯集聚、煤层自燃的措施。并且永久性避难硐室应由过渡室和生存室等构成,采用向外开启的2道隔离门结构。2道隔离门之间为过渡室,内设压缩空气幕和压气喷淋装置;第2道隔离门以内为生存室。另外,进入避难硐室安全区经过的巷道并不一定取直,可设置多种形式的弯道,以减少瓦斯煤尘的冲击波危害。(2)流管路、通讯管路、电缆系统永久性避难硐室一般是具有贯穿避难硐室和地面的钻孔,引入地面压风管路,与硐室内的布气系统相连接,实现内部空气供给;引入流食管路、通讯管路和电缆,实现能量供给和与通讯、电力的供给,如图3所示。永久性避难硐室由于其拥有与地面直接相通的钻孔,可靠性要高于其他类型避难所,因为地面钻孔能够提供独立与矿井的通风供氧方式,能够在矿井通风系统遭破坏后继续提供给避难硐室内部人员生存资源,延长了逃生人员的避难时间,为救援队伍到达事故现场实施救助争取了更充裕的时间。(3)预应力筋支护根据以往支护经验和暂行规定要求,避难硐室的形状宜采用半圆拱形,避难硐室内部支护方式为锚杆、锚网和锚索联合支护方式;支护材料应阻燃、抗静电、耐高温、耐腐蚀,顶板和墙壁的颜色宜为浅色。混凝土强度不低于C30,钢筋一般采用3号、4号钢和16号锰钢,主钢筋Φ12~18mm,间距200~300mm,副钢筋Φ8~12mm,间距200~240mm。立架钢筋Φ6~8mm,间距40mm左右。还应包括喷浆层;缓冲密闭层;钢筋混凝土层。(4)常运行的系统为了保证避难硐室内人员的生存和设备的正常运行,设置了7大系统,分别是防火防爆系统、密闭缓冲系统、气幕隔绝系统、供氧系统、通信系统、监测监控系统及附属系统。3.2临时具体的“平均线”临时避难硐室结构与永久性避难硐室相近,其结构总体为:功能设计、整体结构设计、门墙的设计、内部空气循环系统的设计等。临时避难硐室与永久性避难硐室最大的区别是是否具有独立的“井下生命线系统”,临时避难硐室是借助井下“生命线”系统以满足最低的生命保障,如图4所示。临时避难硐室是为了缩短井下工人逃生距离、增加安全系数和解决在不具备钻孔条件的地质环境下永久性避难硐室的建立。临时避难硐室是采用引入矿井下的压风管路方式实现空气的供给和置换;并且在为了保证在压风系统失效的情况下,避难硐室内部的逃生人员仍能继续生存,应在临时避难硐室内部放置空气一体化机器,在吸收逃生人员呼出的CO2的同时释放出O2。3.3抗灾能力的设置基于国内井下每个班的工作人数、建设成本、工程量和建设周期,同时考虑到事故的突发性,井下所有工人的避难需求不能都靠永久性避难硐室和临时避难硐室来完成。所以对于井下的一些采矿活动频繁区域,可以设置可移动救生舱,满足随着工作面的推进,避难所也要不断推进的要求。移动式救生舱硐室放置位置可以是在工作面地点的遗弃巷道和临时修建的硐室,如图5所示。灾害发生后,正确地选择和迅速进入移动式救生舱,往往能对避难人员发挥很好的救护作用。总之推广这种由永久性避难硐室、临时避难硐室和移动式救生舱组成的相互独立却紧密结合井下避难硐室系统,可以经济有效地辐射全部采矿活动区域、实现保护井下人员的目的。4长刑犯罪人员建设煤炭企业的生产安全问题是关系民生的重大问题,一些重大安全事故频频发生在煤矿生产系统